基于無線網(wǎng)絡的海洋平臺結構振動檢測系統(tǒng)設計.pdf

1、海洋平臺結構長期受到環(huán)境荷載、偶然災害、腐蝕以及其他因素的影響，承載能力逐漸降低，暴露出安全隱患。將結構健康監(jiān)測技術應用于海洋平臺結構，可以在一定程度上診斷出結構的損傷情況。完整的結構健康監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感檢測、數(shù)據(jù)采集與預處理及傳輸、損傷診斷與模型修正及安全評估、數(shù)據(jù)管理等部分。本文重點關注前期的傳感檢測、數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié)，并將無線網(wǎng)絡技術引入其中，設計了應用于海洋平臺結構的振動檢測系統(tǒng)。
　　從海洋平臺的低頻振動特性出發(fā)，本文確定

2、了振動檢測系統(tǒng)的主要測量對象，并對傳感器進行了選型。分析和對比了當前比較成熟的短距離無線傳輸技術，確定了ZigBee技術和Wi-Fi技術相結合的方案，并通過帶寬需求計算，設計了詳細的使用方法。為了保證傳感器采集數(shù)據(jù)的真實可靠性，本文對傳感器的安裝固定進行了討論，確定了磁吸附法的固定方式。采集節(jié)點采用鋰電池供電，對于功耗的分析計算必不可少，本文從多個角度分析和設計了采集節(jié)點低功耗的運行方案。為了滿足后期結構模態(tài)參數(shù)識別的需要，本文提出了利

3、用3軸加速度數(shù)據(jù)提取加速度傳感器姿態(tài)的方法。本文還從電參數(shù)監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測、無線加密等方面討論了如何保證系統(tǒng)運行的可靠性。
　　從應用需求和目前掌握的技術出發(fā)，本文提出了系統(tǒng)設計指標，并設計了振動檢測系統(tǒng)的整體框架。振動檢測系統(tǒng)的設計主要包括采集節(jié)點的硬件設計、采集節(jié)點的軟件設計以及監(jiān)控主機的軟件設計。硬件電路以FPGA最小系統(tǒng)為核心，搭配加速度信號采集電路、低功耗電源管理電路、無線模塊、USB接口電路、SD卡接口電路、GPS接收

4、機以及數(shù)字式溫濕度傳感器，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、電源管理、GPS授時、溫濕度采集、電量監(jiān)測、USB通信等基本功能。在FPGA內部，基于AVALON總線架構，設計了以NiosⅡ處理器為核心的數(shù)字邏輯部分。采集節(jié)點的軟件部分以NiosⅡ處理器為運行平臺，按照層次劃分為驅動層、基礎層和應用層。其中，本文重點介紹了SD存儲的實現(xiàn)方法、無線數(shù)據(jù)上傳的實現(xiàn)方法、GPS授時的實現(xiàn)方法以及ZigBee無線通信應用層協(xié)議的制定。另外，本文還簡單介紹了